学术前沿｜张智勇教授团队最新成果：间充质干细胞源脱细胞 ECM 复合支架重塑炎症微环境，攻克激素性股骨头坏死修复难题

长期激素使用、新冠重症治疗遗留的激素副作用，正在催生大量激素性股骨头坏死（SAON）患者。年轻患者不愿早早置换人工关节，传统髓芯减压术又困于缺血、慢性炎症两大修复死局。2026年6月29日，中科睿极张智勇教授等团队在国际著名生物材料研究学术刊期刊《Biomaterials Research》（IF：9.8）发表题为“A Hybrid Mesenchymal-Stem-Cell-Derived Decellularized Matrix Scaffold Supports Bone Repair and Vascular Perfusion in Steroid-Associated Osteonecrosis（间充质干细胞源脱细胞基质支架可促进激素相关性骨坏死的骨修复与血管灌注）”的研究论文，依托人脐带间充质干细胞脱细胞基质（CDM，天然细胞外基质 ECM），构建 3D 打印 CDM@纤维蛋白 / PCL 杂化支架，依托 ECM 天然免疫调控活性同步实现抗炎、促血管、诱导新骨再生，为早期激素性股骨头坏死微创保髋治疗提供无细胞再生医学全新方案。

临床痛点：激素诱发三重损伤，传统修复方案存在天然短板

我国股骨头坏死患者超800万，其中25%属于激素诱发型SAON，高发于中青年群体。激素持续干预会从三重维度破坏骨骼稳态：

1、血管堵塞：骨髓脂肪异常堆积、微血管血栓形成，股骨头供血持续缺失，新生血管难以长入；

2、炎症微环境紊乱：病灶内巨噬细胞偏向M1促炎表型，大量释放 TNF-α、IL-1β等炎症因子，持续破坏骨小梁、抑制成骨；

3、骨细胞大面积凋亡：成骨细胞增殖分化受阻，坏死区域自我修复能力近乎丧失。

当前临床主流髓芯减压术（CD）仅可疏通髓腔压力，无法逆转病灶恶劣免疫微环境；多孔钽棒、磷酸钙骨水泥等合成支架仅提供力学支撑，缺乏生物活性，无法调控局部炎症；细胞移植方案则存在体内存活率低、免疫排斥、产业化质控难等转化瓶颈。再生医学领域亟需兼具力学支撑能力+天然免疫调控活性的生物材料，而细胞外基质 ECM成为破局关键。

再生医学核心载体：MSC来源脱细胞ECM，仿生重建原生修复微环境

细胞外基质（ECM）是细胞分泌形成的天然复合网状体系，由胶原蛋白、纤连蛋白、糖胺聚糖、多种生长因子及信号蛋白构成，是组织修复的“生物土壤”，承担细胞黏附、信号传导、炎症平衡三大核心功能。本研究采用人脐带间充质干细胞（hUC-MSC）制备脱细胞基质 CDM，经冻融、去垢剂、DNase 消化彻底清除细胞核酸残留，完整保留天然ECM全套活性组分：

1、无细胞安全优势：规避活细胞移植免疫风险、致瘤隐患，降低医疗器械转化审批门槛；

2、多通路修复信号富集：蛋白组学证实 CDM 富含黏着斑、ECM -受体互作、PI3K-Akt 成骨相关蛋白，持续调控细胞存活、迁移与分化；

3、条件性骨免疫调控：区别于单一细胞因子，ECM具备上下文依赖型抗炎能力。基础状态下温和稳定巨噬细胞；炎症刺激时可显著抑制 LPS诱导的M1促炎活化，上调CD206修复型巨噬细胞表达，从根源改善SAON慢性炎症病灶。

节选成果1 多维度体外细胞实验验证MSC脱细胞ECM生物相容性与炎症调控能力

通过CCK-8、流式、qPCR、蛋白印迹、免疫荧光全套体外细胞实验证实：脐带间充质干细胞来源脱细胞ECM（CDM）生物相容性优异，对成骨干细胞与巨噬细胞无毒性（Fig 3A-B）；CDM 具备环境依赖性免疫调控功能，静息状态下不显著改变巨噬细胞表型，而在 LPS 诱导的炎症微环境中，可显著抑制 M1 型促炎巨噬细胞活化、上调 M2 修复型标志物，从细胞、基因、蛋白多维度减轻过度炎症反应（Fig 3C-K），阐明 ECM 调控骨免疫、改善激素性骨坏死病灶恶劣微环境的体外作用机制。

取自原文：Fig 3

节选成果2 复合支架形貌表征、皮下生物相容性及大鼠骨缺损修复与骨免疫验证

结合支架微观形貌、皮下植入生物相容性、大鼠股骨髁骨缺损模型及巨噬细胞免疫荧光检测证实：3D 打印 CDM@纤维蛋白 / PCL 复合支架孔隙结构更利于细胞浸润，体内异物炎症反应更轻微（Fig 4A-B）；相较于纯 PCL、纤维蛋白 / PCL 支架，搭载 MSC 脱细胞 ECM 的复合支架可显著提升新骨生成量与骨小梁密度（Fig 4C-G），下调促炎巨噬细胞标记CD86、升高抗炎巨噬细胞标记CD206（Fig 4H-I），依靠ECM的免疫调控作用构建利于骨再生的局部微环境。

取自原文：Fig 4

节选成果3 骨缺损组织RNA-seq转录组测序，解析脱细胞ECM促进骨修复的分子调控网络

通过骨缺损组织转录组测序分析显示，CDM@纤维蛋白 / PCL支架可诱导缺损区域产生独特基因表达谱；差异基因显著富集胞外基质重塑、细胞黏附、PI3K–Akt成骨、免疫调控等关键通路，从分子层面揭示 MSC 脱细胞 ECM 调控局部微环境、促进骨再生的内在分子机制，与体内成骨、免疫表型结果相互印证。

取自原文：Fig 5

节选成果4  SAON 动物模型验证：ECM 复合支架同步促进新骨形成与血管重建

依托激素相关性骨坏死（SAON）大鼠预临床模型，对比单纯髓芯减压与髓芯减压联合 CDM@纤维蛋白 / PCL 支架两组；Micro-CT 定量证实 ECM 支架显著提升骨体积分数、骨小梁厚度（Fig 6A-B）；Microfil三维血管造影与CD31内皮免疫组化结果表明支架可大幅增加缺损区域血管容积与微血管数量（Fig 6C-E），组织切片也显示支架组新生成熟骨组织更多、纤维化坏死组织更少（Fig 6F-H），证实 MSC 脱细胞 ECM 复合支架能够同时解决 SAON 病灶缺血、骨缺损两大核心病理难题，验证该支架在临床保髋场景下的修复优势。

取自原文：Fig 6

节选成果5 SAON模型RNA-seq测序，揭示脱细胞ECM调控炎症、骨修复的分子机制

通过激素性股骨头坏死（SAON）模型组织转录组对比分析，明确单纯髓芯减压组与支架联合治疗组存在显著基因表达差异；差异基因富集免疫应答、炎症调控、细胞凋亡、吞噬及 PI3K–Akt、JAK–STAT 等通路，从分子层面证实 MSC 脱细胞 ECM 支架可抑制病灶过度炎症、清除坏死组织、减少骨细胞凋亡，逆转激素诱导的病理性微环境，为 ECM 支架改善 SAON 修复效果提供分子机制支撑。

取自原文：Fig 7

产业转化价值：脱细胞ECM无细胞生物材料，拓宽再生医学临床应用边界

1、更低临床转化门槛

相较于干细胞移植、单一细胞因子缓释体系，MSC 脱细胞 ECM 属于无细胞生物材料，质控标准化难度更低，适配三类医疗器械开发路径，具备规模化 GMP 生产潜力；

2、一站式解决 SAON 三大病理难题

同一支架同时实现力学承重、炎症微环境调控、促血管生成、诱导成骨，无需多种药物、材料复合，简化临床手术操作；

3、适配微创保髋手术

与临床成熟髓芯减压术联用，微创植入，优先适用于中青年早期股骨头坏死患者，延缓甚至避免人工关节置换，大幅提升患者远期生活质量。

除激素性骨坏死外，MSC脱细胞ECM作为通用再生医学核心材料，可延伸应用于骨不连、软骨缺损、难愈创面、肌腱修复等多类组织再生场景，依托中科睿极DASEA®生物智造平台，可实现干细胞与脱细胞 ECM 材料自动化、规模化制备。

研究小结

本研究构建的MSC脱细胞ECM复合3D打印支架，依托天然ECM独特的上下文依赖型免疫调控特性，有效改善激素性股骨头坏死病灶慢性炎症、缺血两大核心修复障碍；在动物预临床模型中证实，支架联合髓芯减压可显著促进血管化新骨再生，为早期SAON保髋治疗提供全新无细胞再生医学策略。

后续团队将推进动物长期验证、材料标准化工艺开发，持续推动脱细胞ECM生物材料从实验室走向临床，让再生医学惠及更多骨病患者。

取自原文：Fig 1

原文链接：https://doi.org/10.34133/bmr.0383